Távközlő hálózatok (egyetemi órai jegyzet)

Átírás

1 Távközlő hálózatok (egyetemi órai jegyzet) Írták: Nepusz Tamás Nagy András László Előadták: Dr. Henk Tamás (1-6. fejezet) Dr. Cinkler Tibor (7. fejezet) Dr. Csopaki Gyula és Dr. Ziegler Gábor (8. fejezet) BME TTT

2 Tartalom BEVEZETÉS...5 BEMUTATKOZÁS...5 TH OKTATÁSI ANYAGOK...5 KÖVETELMÉNYEK...6 TÁVKÖZLŐ HÁLÓZATOK TÁRGY CÉLKITŰZÉSE...6 TÁVKÖZLŐ HÁLÓZATOK TÁRGY JELLEGE...6 KAPCSOLÓDÓ TÁRGYAK...7 A TÁVKÖZLŐ HÁLÓZATOK TÁRGY FEJEZETEI INFORMÁCIÓKÖZLŐ HÁLÓZATOK FEJLŐDÉSE BEVEZETÉS ALAPTECHNOLÓGIA FEJLŐDÉSE HÁLÓZATOK FEJLŐDÉSE VILÁGSZERTE HÁLÓZATOK FEJLŐDÉSE MAGYARORSZÁGON A kezdetektől 1938-ig től napjainkig INFORMÁCIÓKÖZLŐ HÁLÓZATOK TECHNOLÓGIÁJÁNAK ÁTTEKINTÉSE TÁVKÖZLŐ HÁLÓZATOK Keskenysávú TH Adathálózatok Mozgó keskenysávú TH-k Mozgó keskenysávú magánhálózatok Műholdas rendszerek Szélessávú TH-k Alapvető topológiák Optikai hálózatok ATM hálózatok B-ISDN (B: broadband, szélessávú) Összefoglalás SZÁMÍTÓGÉPHÁLÓZATI TECHNOLÓGIÁK Klasszikus IP alapú hálózatok...30 Ethernet...31 FDDI (Fiber Distributed Data Interface, fényszállal szétosztott adat határfelület)...31 DQDB (Distributed Queue Dual Bus, kettős sín elosztott várakozási sorral)...31 SMDS (Switched Multimegabit Data Service, kapcsolt több megabites adatátviteli szolgáltatás) QoS IP hálózatok...32 MPLS (Multi Protocol Label Switching, többprotokollos címkekapcsolt hálózatok)...32 IntServ (IS, Integrated Services IP Network, integrált szolgáltatású IP hálózat) Mobil, mozgó IP hálózat Földfelszíni hálózatok...34 Bluetooth Műholdas mozgó SzH-k...36 Teledesic Konklúziók HÁLÓZATOK FELÉPÍTÉSÉNEK ELVEI HÁLÓZATOK ÖSSZEKAPCSOLÁSA HÁLÓZATOK ELEMEI HÁLÓZATOK OSZTÁLYOZÁSA HÁLÓZATOK FUNKCIONÁLIS MODELLJE JELÁTVITELI ÉS FORGALMI KÖVETELMÉNYEK BESZÉDÁTVITELI KÖVETELMÉNYEK ANALÓG BESZÉDÁTVITEL FORGALMI JELLEMZÉSE DIGITALIZÁLT BESZÉD

3 4.4. DIGITÁLIS CSOMAGKAPCSOLT HÁLÓZATOK KÖVETELMÉNYEI Jelforrások jellemzése QoS jellemzése forgalmi vagy szolgáltatási osztályok FORGALMI JELLEMZÉS ADATJELEK ESETÉN FIZIKAI RÉTEG ÉS 4 HUZALOS ÁTVITEL Végig négyhuzalos átvitel Kéthuzalos és négyhuzalos szakaszok illesztése DIGITÁLIS JELÁTVITEL ANALÓG KÖZEGEN Blokksémák Keskeny és szélessávú csatorna VEZETÉKES ÁTVITEL, FÉMVEZETÉK OPTIKAI VEZETÉK VEZETÉK NÉLKÜLI ÁTVITEL VEZETÉKES ÉS VEZETÉK NÉLKÜLI MEGOLDÁSOK ÖSSZEHASONLÍTÁSA ÁTVITELI ÉS KAPCSOLÁSI RÉTEG FORGALOMIRÁNYÍTÁS FORGALOMSŰRÍTÉS Bérelt hálózat Kapcsolt hálózat, nagy forgalmi igény Kapcsolt hálózat, kis forgalmi igény FORGALOMIRÁNYÍTÁSI ELVEK TORLÓDÁSVÉDELEM Torlódásvédelmi módszerek...69 Hálózati réteg összeköttetéses e? TÁVKÖZLŐ HÁLÓZATI TECHNOLÓGIÁK PCM/PDH KAPCSOLÁSI ELVEK Térkapcsolás (space switch) Időkapcsolás (time switch) ISDN (INTEGRATED SERVICES DIGITAL NETWORK) HOZZÁFÉRÉSI TECHNIKÁK Beszédsávi modem xdsl Cable Modem PowerLine (áramellátó hálózat) Ethernet (802.3x) SDH/SONET ATM...84 Az ATM jellemzői:...85 ATM cella:...86 Felépítés:...86 Rétegek:...87 Összeköttetés forgalmi leírói:...88 Útvonalválasztás ATM hálózatban...91 Ilesztési rétegek...91 IP over ATM OPTIKAI HÁLÓZATOK Fényvezető szálak Erősítők Hullámcsatolók Kapcsolók Szűrők Optikai hálózatok fejlődése TÁVKÖZLÉSI SZOFTVEREK

4 A távközlési szoftverek mindegyikére jellemzőek az alábbi tulajdonságok:...99 A következőekben az InRes protokoll leírását fogjuk SDL alapon megnézni...99 A kapcsolatfelépítés (Connection Establishment) folyamata MSC diagramokkal (Message Sequence Chart): Kicsit másként fest a dolog, ha B nem akar A-val kommunikálni: Information Transfer (adatátvitel) Disconnect (kapcsolat bontása) Jelkezelési stratégia Process Initiator Process Responder Process Initiator coder CORBA TÁVKÖZLÉSI SZOFTVEREK RÉSZEI A KÜLÖNFÉLE FDT-K KAPCSOLATA ASN.1: ABSTRACT SYNTAX NOTATION, NUMBER ONE TTCN

5 Bevezetés Bemutatkozás Tárgyfelelős, előadó: Dr. Henk Tamás, doc., TTT, I-E348, tel: , Társelőadók: Dr. Cinkler Tibor, adj., TTT, I-E319 B, tel: , Dr. Csopaki Gyula, doc., TTT Tárgy admin, szervezés: Bock Györgyi, asszisztens, TTT, I-E352 (TTT postarekesz), tel: , TTT: Távközlési és Telematikai Tanszék, (Telematika: telekommunikáció + informatika) Eddig hol találkozhattunk: Mérés laboratórium Idén: Távközlő hálózatok Beszédinformációs rendszerek Információs rendszerek fejlesztése (részt vesznek az oktatásában) Számítógép laboratórium 6. Jövő: 2 szakirány, frissítés alatt választható Kibocsátó tanszék, nagyjából 100 diploma évente (villamosmérnök + informatikus). intenzív ipari, nemzetközi kapcsolatokkal rendelkezik a tanszék részt vesz a doktorandusz képzésben és a kutatásban és fejlesztésben. Elhelyezkedés: I- B II. emelet, tanszéki központi admin I- E III. emelet, Duna felöli fél, TH admin I -L I. emelet Stoczek II. emelet TH oktatási anyagok letölthető jegyzet, 2003-ban 50%-ban kész 5

6 1. adatlap, követelmények 2. hallgatói előadás jegyzetek, elmúlt 2 évből, több változatban online könyv (Dr. Henk Tamás, Dr. Cinkler Tibor szerzők) url: Lajtha György főszeresztő: Távközlő Hálózatok és Informatikai Szolgáltatások, Telecommunication Networks and Information Services Hírközlési és Informatikai Tudományos Egyesület, HTE, 2002 Géher Károly: Híradástechnika /Műszaki könyvkiadó, Bp, 2002/ Tanenbaum: Számítógéphálózatok Hosszú Gábor: Internetes médiakommunikáció, LSI oktatóközpont, 2001 Követelmények 1 nagyzárthelyi lesz a 8. héten, kérdésekre kell válaszolni a lényeget kiemelve 1 pótzárthelyi is lesz valamikor a 10. héten pótlás: vizsgaidőszak első 3 hetében vizsgán aláírás feltétele: minimum 2-es eredmény vizsgák: írásbeli, 6 kérdés kidolgozása, szóbeli kivételes esetben zh, pótzh eredménye a vizsgajegybe nem számít bele általában, kivéve ha az eredmény 5*, ekkor megajánlott jegyet kap a hallgató, illetve ha határesetekben a zh eredménye felé billen a jegy Pontozás: * Távközlő hálózatok tárgy célkitűzése Számítógéphálózatok (SzH): számítógépeket kötnek össze Távközlő hálózatok (TH): távíró, távbeszélő hálózat,... A kettőt együtt infokommunikációs hálózatoknak (információközlő hálózatoknak) nevezzük. A Távközlő hálózatok alaptárgyra egyrészt az infokommunikációs szakmacsoport épül (ez 4 szakirányt takar, melyből kettőt a Híradástechnikai Tanszék, kettőt a Távközlési és Telematikai Tanszék tart), másrészt általános jellegű ismereteket ad a többi szakirányhoz. A tárgyhoz több labor képzés is kapcsolódik: alapképzésben a mérés labor (Távközlési és Telematikai Tanszék) az infokommunikációs szakmacsoport szakirányain a 3 féléves szakirány labor és a programozott mérések önálló labor témák Távközlő hálózatok tárgy jellege A tárgy alapvetően leíró jellegű, cél az okszerű összefüggések bemutatása, valamint egyfajta szemléletmód kialakítása és lexikális tudás átadása. Ezen felül bemutatja az ipari alkalmazásokat, a szolgáltatásokat, a gazdaságosság szempontjait és a jogi szabályozás kérdéseit is. Sok új fogalom lesz, ezeket több (kettő vagy négy) nyelven is tudni kell: a távközlő hálózatok szakmai zsargonjában szereplő magyar, illetve angol (vagy angolos) elnevezéseket, illetve a számítógéphálózatok szakmai zsargonjában szereplő magyar / angol / angolos megfelelőket is. Az előadások látogatása emiatt nagyon ajánlott. Az anyag 60%-a diszciplína, a maradék 40%-a pedig technológiai ismeretek. A tárgyalásmód egy hasonlaton keresztül világítható meg. Például a fizikai törvények tárgyalásmódjánál alapvetően kétféle megközelítés létezik: az elméleti fizika, amely a fizikai törvényeket deduktív módon 6

7 alkalmazza a fizikai valóságra, valamint a kísérleti fizika, amely a fizikai valóságban megfigyelt jelenségekből induktív módon alkot fizikai törvényeket: kísérleti fizika: indukció fizikai törvények elméleti fizika: dedukció fizikai valóság fizikai valóság Ugyanez az információközlő hálózatokra a következőképpen néz ki: technológia orientált tárgyalás hálózatok felépítésének elvei diszciplináris tárgyalás hálózati technológiák A Számítógéphálózatok tárgy tárgyalásmódja inkább diszciplináris volt (OSI modell stb.), a Távközlő hálózatok tárgy pedig vegyes tárgyalásmódot fog követni: 1. technológiai áttekintés 2. elvek tárgyalása 3. néhány technikai megvalósítás részletezése Kapcsolódó tárgyak Számítógéphálózatok Információelmélet Tömegkiszolgálás Beszédinformációs rendszerek Operációs rendszerek Formális nyelvek Fizika A Távközlő hálózatok tárgy fejezetei 7

8 0. Bevezetés (ez van most) 1. Információközlő hálózatok fejlődése 2. Technológiai áttekintés 3. Hálózatok felépítésének elvei 4. Jelátviteli követelmények 5. Fizikai átvitel 6. Átviteli és kapcsolási réteg 7. Távközlési technológiák esettanulmányai 8. Távközlési szoftverek 8

9 1. Információközlő hálózatok fejlődése 1.0. Bevezetés SzH: Számítógép hálózat (Computer Network) TH: Távközlő hálózat (Telecommunication Network) A kettőt együtt hívjuk információközlő hálózatnak (Infocommunication Network, a továbbiakban csak "hálózat", innen ered az amerikai IT technology elnevezés is) Egyszerű hálózati modell: A hálózati modell kétfajta építőelemből áll: végberendezésből (terminal equipment) és csomópontból (node). TH-ban a végberendezés tipikusan a távbeszélő készülék (telephone equipment), a csomópont pedig a távbeszélő kapcsoló központ (telephone switching exchange). SzH-ban a végberendezés általában a számítógép (computer), a csomópont pedig az útválasztó (router). A végberendezésekben és a csomópontokban általában számítástechnikai igény merülhet fel (Boolealgebra, memória), tehát egyfajta intelligencia megvalósítására van szükség. A hagyományos esetekben a telefon nem intelligens, de a számítógép, a switch és a router "intelligens", a switch és a router közül pedig tipikusan a switch az "intelligensebb" Alaptechnológia fejlődése Kezdetben: elektromechanikus technológia (jelfogó, relay (relé)). Ezzel mind a memóriát, mind a Boole-algebrát meg lehetett valósítani ( "jelfogó logika") Elektroncső, tranzisztor: nagyon megbízhatatlanok voltak, az elektroncső ráadásul viszonylag rövid élettartammal rendelkezett (ez a két megoldás nem is igazán volt jelentős) Mikroprocesszor. Ez a ma használt technológia. A vonalméret jelenleg kb. 120 nm körül van, és csökken (laborszinten már 70 nm), de lassan elérjük a technológia határait más utakat kell majd keresni, pl nanotechnológia (amíg a mikrotechnológia a Maxwell-egyenletekkel dolgozott, a nanotechnológia már a Schrödinger-egyenlettel). Ennek megvalósulása ipari szinten kb re várható. Hosszú távú, nagy kapacitású memória megvalósítása: kezdetben Morse papírtekerccsel, majd lyukszalaggal, lyukkártyával, és így tovább egészen a ma használatos tárolási módokig. 9

10 Átviteli utak: kezdetben légvezeték, majd sodrott érpár vagy érnégyes, aztán koaxiális vezeték, optikai vezető (iparban az ezen elérhető maximális sebesség 1 Tb/s, laborban kb. 50 Tb/s, az elméleti maximum 200 Tb/s). Ezekkel párhuzamosan alakult ki a rádiós átvitel Hálózatok fejlődése világszerte Szabadalmak: Samuel Morse 1837 kézi távíró, Morse ABC David Hughes 1854 távgépíró Graham Bell 1876 távbeszélő Edison és Puskás Tivadar 1878 kézi kapcsolású központ Almon Strowger 1889 automata központ Az egyes technológiákat használók száma világszerte: Millió darab Telefon fővonal Mozgótelefon ISDN vonal KábelTV előfizető Internet felhasználó A világ távközlési trendjei Forrás: European Information Technology Observatory, 2002 ( Az egyes technológiákat használók száma Európában: 10

11 Millió darab Telefon fővonal Mozgótelefon ISDN vonal KábelTV előfizető Internet felhasználó GPRS felhasználó WLAN felhasználó Nyugat-Európa távközlési trendjei Általában az összes technológia fejlődését egy tipikus fejlődési görbével ("életgörbe") jellemezhetjük: Az életgörbe kezdetben egy exponenciális, majd egy lineáris szakaszból áll, ezek után telítésbe kerül (itt tart ma pl. a vezetékes távközlő hálózat), majd exponenciálisan lecsökken. A görbe eleje a logisztikai görbéhez hasonlít, amely differenciálegyenlete dl L dt k t k L t A differenciálegyenletet megoldva kapjuk, hogy, ahol k a maximális populáció, α pedig a meredekség. L t feltételből kapjuk meg: a logisztikai görbére teljesül, hogy k 1 m e k L 1 m t 0., ahol m értékét a kezdeti Ny-Eu. mozgótelefon ellátottsága Logisztikai görbe Millió darab A logisztikai görbe 11

12 Mozgó távközlő hálózatok esetében például t=0-t 1991-re kell választani (GSM megjelenésének időpontja), ekkor pedig m=600, k=415, L(0) kb. 0,7 és alfa=0,75. A távközlő hálózatok elterjedtségét a távbeszélő fővonalak számával lehet lemérni, és ez az egy főre jutó GDP függvényében nagyjából lineáris: 1000 főre eső fővonalak száma GDP/fő (USD) Argentína Brazília Dánia Norvégia Nagy Britannia Finnország Japán Franciaország Kína Magyarország Németország Világ Olaszország Oroszország Románia Spanyolország Svédország USA A telefonvonalak száma különböző országokban a GDP függvényében (2001) A távközlő hálózatok fejlődésében 2000-től kezdődő recesszió az USA-ban főként a tőzsdei hatások miatt (a mozgó távközlés gyors fejlődése és a ".com companies" jelenség miatt túlfutott a tőzsde. A ".com company"-k olyan kis cégek, amelyek a netes technológiák megjelenésével az Interneten keresztül próbáltak gyorsan meggazdagodni, de nem jött be a számításuk), Európában pedig a tőke kivonása miatt következett be. A tőke kivonása az UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) rendszer bevezetésére vezethető vissza. AzUMTS egy 100 kbit/s-2 Mbit/s sebességű, valójában IP alapú SzH rendszer (ahol esetleg a gerinchálózat ATM), ahol az ATM+IP telepítése már folyik, a tisztán IP jellegű megoldást most szabványosítják. A távközlő szolgáltatók a technológiához a koncessziós díjat árverésen határozták meg, és ezek az összegek igen magasak lettek (pl. Németországban 49,7 milliárd, Olaszországban 12,5 milliárd, az Egyesült Királyságban 38,2 milliárd euró). Ezeket a pénzeket a hagyományos távközlésből kellett kivonni, a bankok pedig nem adtak kölcsönt a távközlő szolgáltatóknak Hálózatok fejlődése Magyarországon 3 időszakot tekintünk: a kezdetektől 1938-ig között 1990-től napjainking Mindhárom időszakban megvizsgáljuk a szolgáltatás, az ipar és a kutatás-fejlesztés helyzetét is A kezdetektől 1938-ig Szolgáltatás: 12

13 név szabadalom első megvalósítás első megvalósítás Mo-n Morse Bell Edison-Puskás Mindezek mellett itt volt még a gyakorlatilag csak Magyarországon megtalálható telefonhírmondó, 1893-tól (gyakorlatilag vezetékes rádió) ban a lefedettség 10%-os volt, ez megfelelt az európai átlagnak Ipar: Tungsram gyár (orosz exportra gyártott), ITT (budapesti gyáruk: Standard, tudtak automata távbeszélő központot gyártani, ilyen gyárból összesen 12 volt), Siemens, Philips, stb. Kutatás-fejlesztés: Tungsram, BME Szolgáltatás: nem fejlődött mennyiségileg, és minőségileg se nagyon (1-2 digitális központ). Ennek oka a politikában keresendő: Nyugatról embargó volt érvényes az országra (így a távközléshez szükséges berendezéseket csak kis tételben lehetett behozni), Keletről pedig nem tartották fontosnak a távközlés fejlesztését (helyette pl. nehézipar) Ipar: államosítás miatt elszakadt a technológiai szinttől (1990-re éves lemaradást sikerült összeszedni), de volumenben jelentős volt. Főként a KGST piacra termeltek (pl. Videoton gyár) Kutatás-fejlesztés: BME (Bay Zoltán, Kozma László) kutatóintézetek (MTA-KFKI (Központi Fizikai Kutatóintézet), MTA-SzTAKI (Számítástudományi és Automatizálási Kutatóintézet), TKI (Távközlési Kutatóintézet) től napjainkig nyilvános hálózat: bárhol, bármikor, bárki számára elérhető, ha megfizeti magánhálózat: intézmények számára, belső forgalomra térítésmentes kapcsolt hálózat: ki kell választani, hogy kit hívok (billentyűzés + kapcsolatfelépítő folyamat) bérelt hálózat: hosszú távú bérleti díj van, kötött, hogy kit hívhatok vele, de a kapcsolat állandóan fennáll, nem kell felépíteni szolgáltatás+ipar: többé-kevésbé megszűnik az embargó, de a KGST is az ipar összeomlik, közben a szolgáltatás dinamikusan fejlődik. Privatizáció, monopol koncessziós helyzet (ld. Matáv), távközlési törvény megalkotása dereguláció: eddig a Magyar Posta foglalkozott az összes távközlési feladattal, ebből most több kisebb szervezetet csináltak: Matáv, Antenna Hungária, Magyar Posta Rt., Hírközlési főfelügyelet, minisztériumi képviselet, érdekképviselet. Ezek közül csak a Matávot privatizálták, mivel a lefedettséget 10%-ról fel kellett hozni 40%-ra (kb. 3 millió új fővonal). Ez 6 év alatt történt meg ( ). A befektetés megtérülésére általában szintén 6 évet szánnak, de itt az es időszakban gondolkoztak, ezért erre az időre a Matáv monopóliumot kapott a kapcsolt nyilvános beszédátvitelre (a helyi körzetek nagy részére+a helyközi hálózatokra+a nemzetközi hívásokra), de bérelt/magán beszédátvitelre és adatforgalomra nem. rendszerválasztó tender: a Matáv pályázatot írt ki a berendezések szállítására, a pályázat nyertesének Magyarországra ipart is kell telepítenie. Így jött be a Siemens és az Ericsson, később pedig bejött a Nokia, Motorola stb. súlypont: hardverről áttevődik a szoftverre, így kialakulnak a szoftverházak. Új szolgáltatások: 13

14 VoIP (voice over IP, beszédátvitel IP felett) A Pantel vezette be, de a késleltetését 200 ms-ra, a csomagvesztést pedig 1%-ra le kellett rontania a Matáv monopóliuma miatt. Az 1%-os csomagvesztés nem olyan zavaró, de a 200 ms-os késleltetés miatt mindenféle visszhangok is bejönnek, és ez nagyon zavaró. Így a VoIP igazából csak a nemzetközi mozgó távhívásoknál volt csak versenyképes. A Pannon GSM bevezette a +0-t, amivel nemzetközi hívásokra a Pantel hálózatát lehetett használni, erre a Matáv is kénytelen volt lejjebb venni a nemzetközi hívások árait (cserébe viszont növelte az előfizetési díjat) NIIF (Nemzeti Informatikai Infrastruktúra Felügyelet): kb tól létezik, jelenleg az akadémiai hálózatok között VoIP megoldást tervez CATV: kábeltévé mobilszolgáltatás: kezdetben (1991) vala az NMT (Nordic Mobile Telecom), ez egy kb. 450 MHz-en működő, analóg mobil rendszer, Európában körülbelül 11, egymással totálisan inkompatibilis NMT rendszer volt Az NMT helyett megjelent a GSM (digitális, 900 vagy 1800 MHz-en): 140 ország, 470 szolgáltató, Magyarországon kb ban jelent meg, oligopol koncesszióval (előbb 2, majd 3 cég) 14

15 2. Információközlő hálózatok technológiájának áttekintése A hálózatokat az információtípusok (üzenet (SMS, , MMS, távirat stb.), (pár)beszéd, (tömörített) videó, adat) továbbítására hozták létre. Egy adott fajta információtípust elsősorban a neki megfelelő hálózaton lehet továbbítani (például párbeszédet telefonon, SMS-t mobiltelefonon stb.), ezt hívjuk elsődleges felhasználásnak, de bizonyos esetekben egy információtípust egy másik információtípusnak szánt hálózaton is továbbíthatunk (pl. adatot telefonvonalon, modem segítségével). Ha egy hálózat több információtípus elsődleges továbbítására is felhasználható, akkor integrált hálózatnak nevezzük, és az általa nyújtott szolgáltatást integrált szolgáltatásnak Távközlő hálózatok Egy távközlő hálózat hierarchikus felépítésű. A legalsó szinten az előfizetők (subscriber) állnak, az előfizetők helyi központokhoz (local exchange) kapcsolódnak, a helyi központok primer központokhoz (primary exchange, ehhez társítható a körzetszám fogalma), a primer központok pedig szekunder központokhoz (secondary exchange). A hierarchia elméletileg folytatható lenne még tovább, de nincs rá szükség. A hierarchiában megkülönböztetünk úgynevezett hálózati síkokat: a primer és szekunder központok közötti hálózatot gerinchálózatnak, a primer és a helyi központok közötti hálózatot törzshálózatnak vagy központközi hálózatnak, a helyi és az előfizetői központok közötti hálózatot pedig hozzáférői hálózatnak nevezzük. Megkülönböztetünk keskenysávú és szélessávú távközlő hálózatokat. Keskenysávú, ha a TH analóg, vagy a sebesség 2 Mbit/s-nál (rögzített hozzáférői hálózat esetén), illetve mozgó hozzáférői hálózat esetén 64 kbit/s-nál kisebb hozzáférői és 140 Mbit/s-nál kisebb törzshálózati sebesség esetén. 15

16 2.1.1 Keskenysávú TH távíró hálózat: a távíró kézi kapcsolású, tárol-és-továbbít elvű üzenetkapcsolást valósít meg, ahol az egyes csomópontokban torlódások léphetnek fel, ilyenkor a torlódó üzeneteket sorra el kell tárolni (pl. fiókban :)), majd egyesével továbbítani távgépíró hálózat: távíró továbbfejlesztése, írógépszerű billentyűzettel és lyukszalagra lyukasztható kimenettel. Később megoldották azt is, hogy a távgépíró hálózatban a kommunikáló felek között egy áramkörkapcsolás jöjjön létre, ezzel megspórolták azt, hogy a csomópontokban kézzel kelljen továbbítani az üzeneteket, kétirányú lett a kommunikáció, és megjelent a hívás fogalma is (mivel mindig ki kellett jelölni, hogy hova kérik az áramkörkapcsolást). Tehát a távgépíró hálózat egyaránt tudott üzenetkapcsolt és áramkörkapcsolt módon működni, utóbbi esetben nem az üzenetek, hanem a hívások torlódhattak. távközlő hálózat: kétirányú beszédátvitelre született, feltétel volt az érthetőség 0,3 khz és 3,4 khz között kell átvinni a jelet, a sávszélesség 3,1 khz, de a nyalábolás miatt kellett biztonsági védősávot is hagyni, ezért 4 khz-es sávval kell számolni. A távközlő hálózatok sokáig tisztán analóg módon működtek, ma már egyre inkább digitális, de a hozzáférés még mindig teljesen analóg a helyi központokban beszédkodekeket (tipikusan PCM elvű) kellett telepíteni. Ezzel a 4 khz-es jelet 8 khz-en mintavételezzük, majd 8 biten kódoljuk 64 kbit/sec sebesség kb. 64 khz sávszélesség kell hozzá. Ez 16-szoros romlás, de mégis megéri, mert a digitális technika gazdaságosabb (pl. nem kell beállítani, szemben mondjuk az analóg szűrőkkel, amiket "hangolni" kell), kicsi a fogyasztás, kicsi a méret, megbízható (legalábbis mostanában már igen :))), a nyalábolás és a kapcsolás együtt elvégezhető Nyalábolási technikák: Tegyük fel, hogy egy helyi központba vonal fut be. Ezeket valószínűleg úgysem használják egyszerre, ezért a helyi központokból elég 1000 kimenő vonalat fenntartani, de még mindig nagyon költséges lenne a központok között 1000 kábelt kihúzni, ezért multiplexálást alkalmaznak. A multiplexálás történhet frekvenciaosztással (Frequency Division Multiplexing), időosztással (Time Division Multiplexing), térosztással (Space Division Multiplexing, ez sokkal triviálisabb, mint ahogy a nevéből gondolná az ember: annyi az egész, hogy van 1000 vezetékünk, és ezt egyetlen kábelbe fogom össze ==> nem 1000 vezetéknek kell árkot ásni, csak egy kábelnek) vagy kódosztással. A nyalábolást mindig hierarchikus módon csináljuk. Pl ha 1000 vonalat multiplexálunk egy kábelre, akkor az első szinten 100 db 10 bemenetű multiplexert használunk, a második szinten 10 db 10 bemenetűt, a harmadik szinten pedig egyetlen 10 bemenetűt (az első szinten a primer, a másodikon a szekunder, a harmadikon a tercier multiplexerek vannak). Ennek a módszernek az előnye az, hogy csak szabvány multiplexereket lehet kapni, és ha mondjuk 4741 vonalat akarok egymásra multiplexálni, akkor biztos, hogy az én kedvemért senki nem fog 4741 bemenetű mulitplexert legyártani, így viszont szabvány 10 bemenetű multiplexerekkel megoldható az egész. Az időmultiplexálás hierarchikus megvalósítására két szabvány ismeretes: keskenysávú rendszerekben a PDH, szélessávú rendszerekben pedig a SONET/SDH. A PDH-t (Plesiochron Digital Hierarchy, pleziokron = majdnem egyidejű, vö. szinkron, aszinkron) 1967-ben fejlesztették ki a Bell Laboratóriumban. Európai hierarchia szintek Hierarchias zint 0 E1 E2 E3 E4 E5 16

17 Névleges seb. (Mb/s) Beszédcsat. száma Átviteli közeg: szimmetrikus kábel koaxális kábel rádiós összeköttetés fénykábel 0 E1 E2 E3 E4 E5 Leggyakrabban az E4 szintig használják a hierarchiát, mert az E5 szint már csak fénykábellel vagy rádiós összeköttetéssel valósítható meg, koaxkábellel nem. Amerikában mások a hierarchia szintek (mivel ott korábban volt ez a technológia), viszont lassabbak az átviteli sebességel (ugyanezen okból, ugyanis ők még nem használtak optikai kábelt): Hierarchia szint Névleges seb. (Mb/s) Beszédcsat. száma 0 T1 T2 T3 T A PDH hierarchiában az órajelgenerálásra általában kvarcoszcillátorokat használnak. A kvarcoszcillátor kényelmes frekvenciája: f 0 =5 MHz, ebből osztással/szorzással, összeadással vagy kivonással állítják elő a többi szükséges frekvenciát. Összeadásnál és kivonásnál összeszorozzák a két megfelelő szinuszt, majd a keletkező kimenetet szűrik, szorzásnál és osztásnál pedig egy fáziszárt hurkot (phase locked loop) használnak: VCO 40 MHz 5 MHz kvarc oszcillátor fázisdetektor /8 U A fenti kapcsolás pl. a frekvenciát nyolccal szorozza. Az ábrán VCO -val jelölt egység egy feszültségvezérelt oszcillátor (Voltage Controlled Oscillator). A PDH hierarchia vázlatosan a következőképpen néz ki: 17

18 1 1 Forgalomkoncentrátor kapcsoló primer MPX szekunder MPX.. stb. (A PCM kodek kezdetben a kapcsoló és a primer multiplexerek között (illetve tulajdonképpen a primer multiplexerekben) volt. Amikor a kapcsolók is digitálissá váltak, a PCM kodekek átkerültek a kapcsolók bemenetére, majd a forgalomkoncentrátorok bemeneteire (de így már 10 3 helyett 10 5 kodekre van szükség!). Körülbelül itt tart ma a világ, elvileg el lehetne helyezni a kodekeket közvetlenül az előfizetőknél is, de ez ma még az ISDN-t kivéve nem jellemző) A forgalomkoncentrátor bemenetére kötött 10 5 vonalat 10 3 nagyságrendűre tömörítjük annak felismerésével, hogy az összes vonal nincs egyszerre kihasználva. A 10 3 vonal forgalomirányítását egy kapcsoló segítségével végezzük el, a kapcsoló kimenetén lévő vonalakat pedig négy szinten multiplexáljuk. A multiplexerek bemenetén az egyes szinteken lévő beszédcsatornák számából meghatározható (ld. az előző két táblázatot az európai és amerikai hierarchia szintekről), pl. az európai hierarchia szinteken az első szinten 30 bemenetű, a többi szinten pedig 4 bemenetű multiplexerek vannak. Az egyes fokozatok között az órajelek nem szinkronizáltak egymással, csak az első szint és a kapcsoló órajele szinkronizált, néha pedig egy primer multiplexer egy másik földrajzi helyen lévő szekunder multiplexerre csatlakozik. Ennek oka, hogy a PDH hierarchia nagy részét képező koaxiális kábelek késleltetése igen ingadozó, ezért eleve lehetetlen tökéletes szinkront megvalósítani. A szinkron hiánya miatt az egyes szinteken a sebesség nem pontosan négyszereződik, hanem valamivel nagyobb szorzó jelenik meg. Ez az egyes multiplexerek órajelei között fennálló csúszásokból adódik: ha egy multiplexer bemenetén lévő jelek órajelének frekvenciáját 1 ± ε-nal jelöljük (ε a frekvenciaingadozás mértéke), akkor a multiplexernek legalább 1 + ε frekvencián kell működnie, hogy semmiképpen ne történjen bitvesztés. A multiplexer órajelének is van egy kis ingadozása, ezért 1 + ε helyett az 1 + ε 1 + 2ε intervallummal kell számolni, ez az, ami szorzódik (pl. négyszereződik), így a kimeneten 4 + 4ε 4 + 8ε frekvencia jelenik meg, ami nem pont a bemeneti 1 + ε négyszerese. A sebességingadozások hatásainak kikompenzálására az adatfolyamba lassabb adatáramlás esetén töltőbiteket kell beiktatni (ezt hívják bitbeékelésnek, stuffing-nak (európai elnevezés) vagy justification-nek (USA elnevezés)). A töltőbitek vevőoldali azonosításához jelzőbitekre is szükség van, a vevő a jelzőbitek alapján megkeresi a töltőbiteket, és kiveszi őket az adatfolyamból. Tehát egy MPX fokozaton át kell vinni a következőeket: magát a jelet a töltőbiteket a jelzőbiteket a keretszinkronizációs jeleket a hibajelző kódoláshoz (CRC) szükséges biteket esetleg további jelzéseket és szolgálati üzeneteket (erre pl. az 1. fokozatban +2 jelzőcsatorna van elkülönítve) 18

19 Az első fokozatban nincs sebességkiegyenlítés (még nincs rá szükség). A PDH elvileg nyalábolási technika, de a kapcsolás összefonódik a nyalábolással. Ennek a hierarchiának a nagy hátránya: Bp. 140 Mbps Győr Herceghalom (2 Mbps) Amint látható, ha pl. a Budapest és Győr közötti 140 Mbps-es vonalról szeretnénk útközben Herceghalom felé egy 2 Mbps-es vonalat leágaztatni, akkor ahhoz az E4-es hierarchiaszintről vissza kell bontatunk E3-ra, kivenni a számunkra szükséges 2 Mbps-t, majd újból visszaépíteni az E4-es szintet Adathálózatok Kezdetben volt a PCSDN (Public Circuit Switched Data Network: nyilvános áramkörkapcsolt adathálózat), amely PDH technológián alapult, és n*64 kbps átvitelére volt alkalmas. Ez igazából az áramkörkapcsolás miatt alkalmatlan az adattovábbításra, hiszen az adatjel általában csomósodik (burst), tehát az idő nagy részében a vonal kihasználatlanul áll, és esetleg ezzel feleslegesen blokkol egy útvonalat, például az alábbi helyzetben: Itt a vastaggal jelölt útvonal blokkolja a szaggatottal jelöltet. Ezért adatforgalom esetén érdemesebb csomagkapcsolást alkalmazni, így csak akkor keletkeznek adatcsomagok, ha tényleges adatforgalmazás van, és az útvonalak nem blokkolódnak feleslegesen (viszont cserébe a csomópontokban fellépő torlódásokkal kell majd foglalkoznunk). Sok csomagkapcsolt rendszerben a valóságos áramkör mintájára egy virtuális áramkör épül fel a hívó és a hívott fél között, tehát ilyen esetben is szükség lehet a hívásra, az erőforrásfoglalásra és a bontásra. (Az IP-ben például nincs látszólagos áramkör, de az IP előtti X.25-ben van) X.25: virtuális áramkörkapcsolás fémvezetéken, rossz minőség minden csomópontban szükség volt hibajavításra és áramlásvezérlésre, ez jelentősen lassította a rendszert. A hozzáférői hálózaton az X kbps-t, a gerinchálózaton 64 kbps sebességet biztosított a HDLC protokoll egy módosított változatával (HDLC Link Access Procedure-Balanced (kapcsolatelérési eljárás kiegyenlítése): HDLC LAP-B). 19

20 PPSDN (Public Packet Switched Data Network): olyasmi, mint a PCSDN, csak megengedi a csomagkapcsolást (virtuális áramkörök) ISDN (Integrated Services Digital Network): az első olyan megoldás, amely tisztán digitális módon tud adatot továbbítani. Az analóg alkalmazásoknál tulajdonképpen egy olyan rendszert (a telefonhálózatot) használtunk adatátvitelre, amit nem erre terveztek (másodlagos adatátvitel): forrás modem adó modem vevő cél PCM kodek PCM kodek A modemek 2,4-33,6 kbps adatátviteli sebességet biztosítottak. Látható, hogy mind A/D, mind D/A konverzió két-két helyen történik (egy-egy a kodekben, egy-egy pedig a modemben), holott a rendszer majdnem teljesen digitális (a forrástól a kapcsolóig, illetve a kapcsolótól a célig terjedő szakaszokat kivéve). Az ISDN ezt a problémát oldja meg úgy, hogy a teljes előfizetői hurkot digitálissá teszi. Az ISDN egyszerre alkalmas adat, beszéd és videó átvitelére. Az adatcsatornáknak két alapfajtája van: B: basic (alap) csatorna. Valós áramkörkapcsolt alapú átvitelt biztosít PCM kodekkel a PDH hierarchián, 64 kbps sebességgel D: data (adat) csatorna. X.25 szerű protokollal rendelkezik (HDLC Link Access Procedure for the D channel HDLC LAP-D), 16 kbps átviteli sebességgel, ebből az adatok részére 9.6 kbps használható. Az ISDN alapkiépítésben 2 db B és 1 db D csatorna van, ezzel a teljes átviteli sebesség 2x =144 kbps (a két B csatorna összefogható egyetlen, 128 kbps sebességű csatornának is). Mivel a sebességek különböznek, ezért az ISDN-ben alkalmazott kapcsolási technikát Multirate Switching-nek (többsebességű kapcsolás) nevezzük. Létezik még egy 30B+1D kiépítés is (elvileg tetszőleges n*b+d kiépítés lehetséges lenne, de a különböző n-ek miatt bonyolult lenne a kapcsolás, ezért n-nek csak 2-t vagy 30-at engednek meg). Igazából a többsebességű kapcsolás még nincs is rendesen megoldva, tehát még nem piacképes a termék (lehetséges stádiumok egy terméknél: alapkutatás alkalmazott kutatás fejlesztés termék piacképes termék) Mozgó keskenysávú TH-k Első generációs (analóg) rendszerek: ilyen volt pl. az NMT (Nordic Mobile Telecom). Cellás rendszerű, azaz a lefedett területet az adótornyok cellákra osztják (egy ilyen cella közepén található maga az adótorony). A cellák között kisebb átfedések lehetnek, emiatt az egymáshoz közeli adótornyok frekvenciája nem lehet azonos (persze ugyanaz a frekvencia nagyobb távolságban már ismét kiosztható). Cellahatárokon az egyes adótornyok között handover (átadás) történik: az egyik adótorony átadja a mozgó készüléket a másik adótoronynak. A cellás rendszer előnye, hogy ilyenkor végberendezésenként kisebb kisugárzott teljesítmény is elég (kisebb egészségkárosító hatás, kisebb akkumulátor). 20

21 átadási zónák adótornyok Második generációs (digitális) rendszerek: a végberendezés is digitális, tehát maga a kodek is a végberendezésben van (pl. GSM kodek). A beszédkodek sebessége kb. 13 kbps, és a beszédcsatornák adatátvitelre is alkalmasak (9,6 kbps vagy 14 kbps). Több csatorna is összekapcsolató (High Speed Circuit Switched Data, HSCSD), ezzel az adatátviteli sebesség n*14 kbps-re növelhető (n 4, mivel ha n>4, akkor n*14>64, tehát az adatot nem tudjuk átvinni a PDH gerinchálón). Nyújtott szolgáltatások: SMS (Short Message Service), MMS (Multimedia Service), WAP (Wireless Application Protocol). 2,5. generáció: GPRS (General Packet Radio System: általános csomagalapú rádiórendszer). Itt a GSM továbbfejlesztésével a gerinchálózatban kettéválasztják a jelet, és az adatokat egy IP alaú csomagkapcsolt hálózaton továbbítják (a beszéd marad a PDH alapú áramkörkapcsolt hálózaton). Ezzel az adatátvitel olcsóbb lett, de a sebesség nem nőtt meg (a közhiedelemmel ellentétben) Mozgó keskenysávú magánhálózatok Elsősorban a készenléti szolgálatoknál (tűzoltóság, rendőrség, mentők, katasztrófavédelem) fordul elő. Két fajtája létezik: a GSM Pro (Ericsson) és a Tetra (Motorola, Nokia). Jellemzőik: Kisebb hívásblokkolás Hívásprioritások Diszpécser szolgálat Szelektív hívás (híváscsoportok) Nagyobb megbízhatóság Nagyobb adatbiztonság TETRA (Terrestrial European Trunked Radio, földfelszíni európai trönkölt rádió) Mikor világméretű lett a hálózat, akkor az E betű jelentése European-ről Enhanced-re változott. TETRAPOL (POL: police): a francia rendőrséget szerelték fel először ezzel GSM Pro (Westel): polgári alkalmazása is van, például szállítmányozó vállalatoknál használják Műholdas rendszerek A műholdas rendszerek is mozgó hálózatok megvalósítására alkalmasak, azonban az eddigi megvalósításokkal ellentétben mindenütt le tud fedni (pl. Magyarországot 1800 MHz-es hálózattal 21

22 lehetetlen lenne földfelszíni módon lefedni az árnyékolások miatt, de műholddal le lehet). Két rendszerről érdemes tudni (igazából egyik sem lett még piacképes): Iridium: eredetileg 77 műholddal biztosították volna a teljes földgolyó lefedettségét (innen az elnevezés: az irídiumnak 77 a tömegszáma), ezt később lecsökkentették 66-ra, de az elnevezés maradt (mert jól hangzott ). A műholdak 750 km magasan lettek volna, és 2,4 kbps sebességre lett volna képes. Később ezt is módosították 9,6-ra, de még ez is kevés volt a piacképességhez Global Star: 48 műhold, 1500 km-es magasság (így kevesebb műhold kellett a lefedéshez), 64 kbps sebesség Szélessávú TH-k Ez alatt a Sonet/SDH hálózatot (Sonet: Synchronous Optical Network (USA), ANSI szabvány; SDH: Synchronous Digital Hierarchy, CCITT és ITU-T szabvány). Ennek megjelenését az optikai kábel felfedezése tette lehetővé (a 70-es évek végén). Az optikai kábel jellemzői: széles sáv kedvező hibaarány (10-9, összehasonlításképpen a rádióé 10-3, a koaxé 10-5 ). Ennek elsősorban az az oka, hogy nincs áthallás nagyon tiszta üveg kell hozzá a késleltetése közel állandó (emiatt lehetett szinkron hierarchiát csinálni, szemben a PDH-val) a 80-as évek közepétől a 90-es évek elejéig technológiai burjánzás, nagyjából 2000-re tisztult le a kép A Sonet megjelenése a 80-as évek közepére tehető. Sonet szintek STS-1 STS-3 STS-12 STS-48 STS-192 SDH szintek STM-1 STM-4 STM-16 STM-64 Névl. átviteli sebesség (Mbps) Nyalábolt beszédcsat. (USA) Nyalábolt beszédcsat. (Európa) Átviteli közeg földfelszíni és műholdas rádió optikai kábel A koaxiális kábel nem használható átviteli közegként a késleltetés állandó ingadozása miatt. Az STS- 192, illetve STM-64 már annyira határeset, hogy általában gazdaságosabb több STS-48-at, illetve STM-16-ot használni helyettük. A szinkron működés megvalósításához egy mesteroszcillátort használnak, a többi oszcillátor ehhez szinkronizálódik. Így csak az egyes körzetek határán kell sebességillesztést végezni (pl. Matáv Pantel között). Az egyes multiplexer szinteken a sebességszorzódás pontos, mivel nem kell órajelcsúszásokkal számolni. Ebből kiindulva egy rész kiemeléséhez egyszerű bontás/nyalábolás kell (vö. a PDH-nál vett Bp.-Herceghalom-Győr példával), ezt egy ADM (Add-Drop Multiplexer) végzi el. Megjelent egy új hálózati eszköz is, amit vezérelhető digitális rendezőnek neveznek. Ez egy hálózatmenedzser vezérlő, bizonyos tekintetben hasonlít a kapcsolóhoz, de nem a hívó fél, hanem a hálózatadminisztrátor vezérli (kb. havonta, amikor a forgalom annyira megváltozik, hogy érdemes átrendezni az erőforrásokat). A jelölése is más, mint a kapcsolóé (a bemeneti és kimeneti vonalak száma természetesen megegyezik): 22

23 Vezérelhető digitális rendezővel az alábbihoz hasonló dolgokat is meg lehet oldani: A fenti konstrukcióban bármelyik vonalat bármelyikkel össze lehet kötni (akár egy oldalsót a fentivel stb.). Szoftverrel vezérelt, bonyolult a megvalósítása. A körzethatárokon a sebességillesztést egy speciális multiplexerrel lehet elvégezni: STM-x Ex SDH STM-64 STM-x: x<64 értékekkel az SDH hierarchiaszintek Ex: PDH európai hierarchiaszintjei Tx: PDH amerikai hierarchiaszintjei Tx MPX ATM IP Megjegyzés: az SDH egy transzparens transzporthálózat (átlátszó szállítóhálózat), időosztásos nyalábolást használ, a legalsó PDH szint nem átlátszó, a többi igen. Magyarországon 1992-től a PDH jelent meg (a koaxkábellel egyidőben), 1995-től pedig az SDH Alapvető topológiák PDH-nál (alapvetően pont-pont összeköttetés): kettős csillag és gyűrű struktúra együttese, ez egy szövevényes, de nem teljes hálózatot eredményez. 23

24 szekunder központ primer központ SDH-nál: kettős gyűrű ADM multiplexer DXC vezérlő A két metszéspont a megbízhatóság érdekében van szintén SDH-nál: öngyógyító gyűrű (self healing ring) 24

25 ha például itt van egy szakadás, akkor az SDH automatikusan visszahurkol Felmerül a kérdés, hogy SDH-ban miért van gyűrű, és PDH-ban miért nincs. A válasz igen egyszerű: a gyűrű struktúra pazarolja a sávszélességet, és a PDH-hoz képest az SDH-ban annyi plusz sebességhez jutunk, hogy ez nem okoz problémát Optikai hálózatok Az ilyen hálózatok lényeges tulajdonsága, hogy a csomópont is lehet optikai (ez nyilván nem jelenti azt, hogy a csomópontok szükségképpen optikaik is). Ezeknél a hálózatoknál alapvetően időosztásos (TDM; 10Gb/s) és hullámosztásos multiplexelést alkalmaznak. A WDM esetében ma ipari méretekben kb. 160 hullámhosszt képesek kezelni, így x 160 = 20 millió csatornát tudunk átvinni, az elérhető sebesség 1,6Tb/s. Megjegyzés: a hullámhosszosztás gyakorlatilag ugyanaz, mint a frekvenciaosztás, mindössze annyi történt, hogy a fizikusok és informatikusok eltérő szemléletmódjából adódóan az előbbiek hullámhosszokkal foglalkoznak, míg utóbbiak inkább a frekvenciával. DWDM (Dense Wave Division Multiplexing, sűrű hullámosztásos multiplexelés): akkor hívuk így a WDM-et, ha a nyalábolt hullámhosszak száma meghaladja a tízet. Megjegyzés: a technológiai fejlődés során eleinte a térosztásos, majd a frekvenciaosztásos multiplexelést használták, utána jött az időosztásos, majd legvégül az idő- és frekvenciaosztásos (vagyis hullámosztásos) együtt. Az optikai hálózatokban van egy úgynevezett OXC (optical cross control, vezérelhető rendező) ATM hálózatok ATM: Asynchronous Transfer Mode, aszinkron átviteli eljárás Ezekben a hálózatokban már fénykábelt használnak. Az adatokat az átvitelhez kicsi, azonos méretű csomagokra, úgynevezett ATM-cellákra bontják. Egy ilyen cella mérete 53 bájt, ebből 48 bájt a hasznos teher és 5 bájt a fejléc. A bitek szinkron módon terjednek, mégis aszinkron átviteli eljárásról beszélünk. Ez azért van, mert nem minden átküldött cella hordoz hasznos információt (magyarul vannak üres cellák). Emiatt azt mondjuk, hogy az adatforrás burst-ös (börsztös). Miért jó nekünk ez? Mert így az adó és a vevő könnyen szinkronban tartható. 25

26 torlódás lehet, ezért itt van egy tároló Adatforrás Adatforrás ATM MPX kevesebb üres cella vannak üres cellák ATM-kapcsoló (ATM switch) Látszólagos áramkört épít ki egy adó és egy vevő között. Egy párhoz mindig ugyanaz az útvonal tartozik. látszólagos útvonal adó vevő Az ATM switch a következő feladatokat valósítja meg: CAC (Call Admission Control): ezzel történik meg a hívás engedélyezése erőforrásfoglalás rendszabás (policing): a hálózat méri a bejövő forgalmat (sebességet), ha a forrás túllépi a szerződésben rögzített értékeket, akkor megbünteti. Ez például úgy történik, hogy a sebességet túllépő cellákat alacsonyabb proritásúvá teszi, és ha megtelik a tároló a kapcsolóban, akkor ezek a cellák hullanak ki először díjszabás (accounting) Az ATM kapcsolók egyik fontos tulajdonsága a sebesség granularitás, ami azt jelenti, hogy a sebesség finom skálán hangolható. Rendezés Az ezt megvalósító berendezés az ATM DXC, amelyet a hálómenedzser vezérel (tipikusan csak ritkán van szükség beavatkozásra). A felsorolt technológiák közül a rendezés és nyalábolás terjedt el, a kapcsolók nem annyira. 26

27 Bevezethetjük a virtuális áramkör (virtual circuit, virtual channel, VC) fogalmát, amik látszólagos útvonalakat alkotnak (virtual path, VP). Egy VP-t legfeljebb 4096 VC alkot. Ezek segítségével hatékonyabb kapcsolás illetve rendezés valósítható meg, illetve ezzel a szemléletmóddal javul a hálózat menedzselhetősége. VC-k VP VC-k A fentiekből adódóan nyilván lehetne beszélni VC és VP kapcsolóról és rendezőről (ez elvileg ugye négy lehetőség), ezek közül azonban mégis csak kettő terjedt el inkább, ezek a VP rendező (VPX), illetve a VC kapcsoló (ha nem kell kapcsolni, mint például bérelt vonalak esetén, akkor VC kapcsoló helyett is VC rendezőt használnak VCX) Megjegyzés: míg az X.25-ben minden csomópontban volt hibajavítás és torlódásszabályozás, addig az ATM-ben nem igazán van egyik se (torlódásszabályozás azért van valamennyire, de lényegesen kevesebb erőforrást foglal le) ATM bemenetek lehetnek: nyers ATM-cellák (nincs keretezve), ekkor a sebesség 25Mb/s illetve 155Mb/s PDH, Sonet, SDH keretezésű jelek, ezek sebessége nx64kb/s-tól 2,5Gb/s-ig LAN, 25 Mb/s FDDI, 100 Mb/s ADSL-nél is alkalmazzák, illetve rádiós interfészeknél Az első ATM szabványt 1988-ban a CCITT jelenttette meg. Először 155 Mb/s volt az elérhető sebesség, ez lett később 600 Mb/s, majd 2,5Gb/s. Az ATM QoS-t (quality of service) is garantál, persze nyilván csak statisztikusan (megmondja a csomagvesztés, késleltetés, késleltetés-ingadozás valószínűségét, illetve várható értékét) Alkalmazás: gerinchálózatok, EU 27

28 34 Mb/s 4. szintű PDH multiplexer 144 Mb/s SDH STM Mb/s Amennyiben tudjuk, hogy a 2 PDH-nak általában 2-2 bemenete aktív: 34 Mb/s 140 Mb/s 155 Mb/s 4. szintű PDH multiplexer ATM MPX SDH STM-1 a kettő egy berendezés (ATM berendezés SDH keretezéssel dobja ki az adatot UMTS: két fajtája: az egyik az IP over ATM, ennek kész a szabványa, a másik az all IP (teljes IP), ez még szabványosítás alatt van FR (Frame Relay, kerettovábbítás): USA-ban 1.5Mb/s és 45Mb/s. MATÁV telepített kerettovábbításos rendszert nyilvános bérelt hálózat céljára nx64kb/s sebességgel. DTM (Dynamic Synchronous Transfer Mode): 1990 környékén csinálták, alapvetően PDH/SDH ötletekre épít, szinkron időréseket használ, egy-egy időréshez viszont dinamikusan változtatható a sebesség (börsztönként) ADSL (Asynchronous Digital Subscriber Loop) 28

29 PCM kodek TH távb. készülék sávszűrő sávszűrő Digital Subscriber Line Access Multiplexer gép ADSL végberendezés sávszűrő sávszűrő DSLAM IP hálózat A hálózat fontos jellemzője, hogy a feltöltési és letöltési sebesség eltér, előbbié általában kb/s, míg az utóbbié 0,1-8Mb/s között mozog. Ma Magyarországon az alapcsomaghoz a feltöltési sebesség 64kb/s, a letöltési 384kb/s. ADSL egyik tipikus megvalósítása a PPP over ATM (point-to-point protocol over ATM), amelynek jellemzője a sebesség granularitás, vagyis, hogy a sávszélesség finom lépésekben hangolható B-ISDN (B: broadband, szélessávú) Innentől a régi ISDN-t N-ISDN-nek (N: narrowband, keskenysávú) hívták, persze megmaradt a régi ISDN elnevezés is, hogy teljes legyen a káosz. A B-ISDN-t a CCITT szabványosította 1990 körül. Eleinte úgy tűnt, hogy ennek a hálózatnak az alapja az ATM lesz, aztán ez nem valósult meg, helyette IP alapú lett a hálózat. Ennek valószínűleg az a legfőbb oka, hogy ma az IP útvonalválasztó maximális sebessége 10Gb/s körül van SDH (vagy optikai) keretezésű bemeneteken, ez simán veri az ATM 2,5Gb/s-át. Másrészt az IP technológia jóval hamarabb és gyorsabban terjedt el (többek között a WWW-nek nevezett alkalmazási területe miatt) Összefoglalás Technológiai rétegek TH-kban Réteges modelleknél alapvetően kétfajta megközelítés van, az egyik a funkcionális (pl. OSI, ez tükrözi a SZH-ok szemléletmódját), a másik a technológiai (TH-s megközelítés). Például: SDH rétegre épül egy PDH, arra pedig egy beszédszolgáltatás, illetve egy IP típusú szolgáltatás. Az OSI rétegeknél tárgyaltak (SZGH) alapján itt is lehet beszélni szolgálatokról, amiket egy alsóbb réteg nyújt a felette levőnek, a különböző rétegekben az adott rétegnek megfelelően példul szükség lehet 29

30 újrakeretezésre, stb. Az SDH réteg segítségével megvalósítható a rendezés és skálázhatóság (több felhasználó, nagyobb sebességtartomány, nagy területi lefedés), a PDH-val a kapcsolás. Egy másik lehetőség, hogy az SDH és PDH réteg közé beveszünk egy ATM réteget is, ez biztosítja a megfeleő rugalmasságot, vagy például az SDH réteg alá tehetünk egy optikai hálózati réteget. Menedzselhetőség Gerinchálózatoknál ez nagyon fontos szempont. A menedzselhetőséget az ATM, az SDH és az optikai hálózat támogatja megfelelően. Nyilván menedzselésre akkor van szükség, ha hirtelen meghibásodás történik, vagy ha a forgalmi statisztika régóra nem akar változni. TH technológiáknál fontos szerepe van a szolgáltatás minőségének, illetve az ehhez kapcsolódó díjszabásnak. Távközlő hálózatok lehetnek valós vagy látszólagos áramkör alapúak. alkalmazói: egyszerű végberendezés, kevés alkalmazás hálózati: itt van az intelligencia fizikai A hálózattól szinte független, hogy a felhasználók hogyan viselkednek. Azért csak szinte, mert nyilván a forgalmi statisztikákat befolyásolja a felhasználók viselkedése. 2.2 Számítógéphálózati technológiák Klasszikus IP alapú hálózatok Alapvetően az IP illetve TCP/IP technológiákon alapuló protokoll családokkal foglalkozunk. IP réteg a hálózati rétegnek felel meg, így az általa megvalósított legfontosabb szolgáltatások a forgalomirányítás és a datagram (adatcsomag) típusú átvitel. A forgalomirányítást útvonalválasztó valósítja meg, ez tipikusan egy IPv4 (vagy IPv6). Az IPv6-ot most akarják bevezetni, ez az IPv4-től abban várhatóan abban különbözik majd, hogy bővítik a címtartományt, valamint foglalkoznak a mobilitás és biztonsg kérdéseivel is. A szállítási rétegnek a TCP (transmission control protocol, átvitel szabályozó protokoll) illetve UDP (user datagram protocol, felhasználói adatcsomag protokoll) protokollok felelnek meg. Pontosabban a TCP-nek hálózati és szállítási rétegbeli funkciója is van, így foglalkozik valamennyi torlódásvezérléssel (adaptív viselkedést tud így megvalósítani), forgalomirányítással, hibajavítással, valamint a csomagokat is sorrendezi. Olyan alkalmazásoknál, mikor néhány csomag elvesztése még nem okoz problémát, viszont a késleltetés alacsony értéken tartása lényeges szempont, ott TCP helyett UDP-t szoktak használni. Az UDP alkalmas valós idejű átvitelre. Az UDP egy tipikus alkalmazása a beszédátvitel. megjegyzés: ha például UDP és TCP csomagok ütköznek, ilyenkor a TCP csomagok kiszorulnak, így javul mindkét szolgáltatás minősége, hiszen kevesebb ütközés fog bekövetkezni Túlnyomórészt azért TCP-t használunk. Ezekben a hálózatokban nincs kiforrott méretezési módszer. 30

31 intelligens végberendezés, sokrétű alkalmazások hálózati réteg: egyszerű fizikai Ethernet 10 Mb/s (eleinte) vastag koax LAN 100 Mb/s (később) vékony koax 1 Gb/s csavart érpár 10 Gb/s MAN (a többi nem) Ethernetet alkalmaznak például PPP-nél, vezérjeles sínnél és vezérjeles gyűrűnél. A sín sebessége 1,5 Mb/s (illeszkedik az amerikai PCM sebességhez), illetve 10 Mb/s, a gyűrűé 1,4 Mb/s illetve 16Mb/s. FDDI (Fiber Distributed Data Interface, fényszállal szétosztott adat határfelület) Az ilyen hálózatok kötött topológiával rendelkeznek, emiatt nem igazán jól skálázhatók. A topológia egy öngyógyító kettős gyűrű. (hasonló az SDH-hoz, csak ott van digitális rendező, itt ez kicsit nehézkesebb). LAN-okban és MAN-okban is használható, bár inkább az utóbbiakban szokták. Pl. : BME , ELTE, Közgáz Sebessége 100 Mb/s. Az FDDI II. olyan szinkron megoldás, ami lehetővé teszi a PCM keretek továbbítását is. Nem terjedt el. DQDB (Distributed Queue Dual Bus, kettős sín elosztott várakozási sorral) adó Mb/s MAN A hálózatnak nincs központi intelligenciája, van egy szellemes algoritmus, ami biztosítja, hogy olyan kerüljön sorra, aki már régen adott, valamint gátolja a kiéhezést is. A rendszer nem skálázható. 31